地震預報與地震預警＊

李啟成

（黑龍江科技學院，哈爾濱150027）

地震預報與地震預警＊

李啟成

（黑龍江科技學院，哈爾濱150027）

在回顧了地震預報歷史沿革的基礎上，認為雖然地震預報的難度比較大，但成功地預報地震不是不可能的。地震預警系統已被實踐證明是一套有效的避震措施，將在未來的防災減災工作中發揮巨大作用，但地震預警并不能代替地震預報。

地震；地震預報；預警

1 地震預報的歷史沿革

地震是大地構造活動的結果，地震的發生必然和一定的構造環境有關。同時，地震不是孤立發生的，它只是整個構造活動過程中的一個事件，在這個事件之前，還會發生其他事件。如果能確認地震前所發生的事件，就可以利用它作為前兆來預報地震。另外，地震的發生又帶有隨機性，在不斷積累的構造應力作用下，巖石在何時、何處發生破裂，決定于局部構造中的薄弱點及其性質，而對這些薄弱點的分布和性質常常不能清楚了解，此外，地震還可能受一些未知因素的影響。因此，預報地震有時就歸結為估計地震發生的概率問題。根據以上這些考慮，地震預報方法大致可以分為3類：地震地質、地震統計和地震前兆［1］。以上3種思路都有片面性，都不能獨立地解決地震預報問題。實際采取的是綜合的辦法，把3種不同思路所得放在一起對比參照，力求對未來的地震活動做出估計。

根據對地震規律的認識，預報未來地震的時間、地點和強度，這就是地震預報的3要素。實現地震預報的基礎是認識地震孕育的物理過程及在此過程中地殼巖石物理性質和力學狀態的變化。

地震預報按時間尺度可作4個層次的劃分［2］：長期預報，是指對未來10年內可能發生破壞性地震地域的預報；中期預報，是指對未來1～2年內可能發生破壞性地震的地域和強度的預報；短期預報，是指對3個月內將要發生地震的時間、地點、震級的預報；臨震預報，是指對10日內將要發生地震的時間、地點、震級的預報。

自20世紀60年代以來，日、美、前蘇聯和中國等國分別制定了開展地震預報研究的國家計劃。

日本地震預報研究小組1962年提出初步方案，計劃用10年時間集中收集基礎資料，包括大地測量、地殼形變觀測、地震儀器觀測、地震波速度分析、活動斷層的調查和測量、地磁觀測以及地電觀測等［3］。1978年，日本國會通過了《日本大地震對策特別措施法》，這是世界上第一次以法律形式提出的對于大地震的對策。1979—1983年日本的目標是：在繼續改進和完善觀測系統，加強長期地震預報研究的同時，重點抓關東南部及東海地區的短期前兆，使地震預報向實用化階段過渡。

美國1965年9月以普雷斯為首的小組，曾提出一個地震預報和地震工程研究的10年計劃，包括地震物理基礎、地震工程、地震現場調查和新技術裝備的研制［4］。1977年國會通過了《地震災害減輕法案》。

前蘇聯從1948年10月5日阿什哈巴德地震后，開始提出地震預報課題［5］。20世紀60年代出現了一些把巖石破裂理論同地震學聯系起來的研究工作，從物理學和數學上模擬震源過程，增進了對震源物理過程的理解。同時，十分注意地震前兆的野外觀測，在地震活動性、縱波與橫波速度比、震源機制、地電阻率、水氡含量變化等方面都取得了某些進展。在中亞和堪察加地區，根據多年觀測，總結出一些預報指標，并利用它們進行試驗性預報。

中國的地震預報研究從1956年開始，曾把地震預報列入國家長遠科技規劃項目中［6］。1958年也曾組織調查隊到若干歷史上有名的大地震現場，對地震前兆和有關現象進行了調查，大規模地開展地震預報研究則是在邢臺地震以后［7－9］。1966年3月，河北邢臺地區先后發生6.8級和7.2級地震，造成了巨大損失，引起政府高度重視。隨后在國家科學技術委員會主持下，制定了地震研究的全面計劃，立即開展地震預報試驗，之后，加強了對全國地震工作的統一領導和管理。在各省（市）、自治區建立了規模不等的地震觀測系統以及相應的地震研究和管理機構。

1965年，聯合國教科文組織（UNESCO）曾委托國際地震學和地球內部物理學協會（IASPEI）組織工作組，召開過多次地震預報討論會，負責聯合不同國家，共同改進地震預報方法。

地震預報是世界難題［10］。第一，地球具有不可入性。我們對地下發生的變化，只能通過對地表的觀測來推測以及用地震學方法計算得到；第二，地震孕育的復雜性。通過專家多年的研究，現在逐漸認識到地震孕育、發生、發展的過程十分復雜，在不同的地理構造環境、不同的時間階段，不同震級的地震都顯示出相當復雜的孕育過程；第三，地震發生是小概率事件。全球每年都有地震發生，有些還是比較大的地震。但是，對于一個地區來說，地震發生的重復性時間是很長的，幾十年、幾百年、上千年，要獲得用于科學研究的大量信息，在有生之年非常困難。就現在來說，科研人員所做出的預報，特別是短臨預報，主要是經驗性的。

美國曾經遭遇了一次地震預報滑鐵盧事件［11］。美國從20世紀60年代開始重視地震預報研究，起初信心十足。他們注意到，在加州帕克菲爾德的圣安德烈斯斷層，大約平均每隔22年就會發生一次5～6級地震。于是，根據上一次地震發生在1966年，美國地質調查局的科學家在1985年發布預報，預報帕克菲爾德地區在1988年到1992年將會再次發生6級左右的地震。然而，預期的地震在預定時間內始終沒有發生，一直拖到了2004年才姍姍來遲。而且，在斷層附近密集的儀表網絡系統中，科學家也始終沒有找到這次地震的可確信前兆。

盡管地震預報具有復雜性，但經過廣大地震工作者的艱苦努力，中國的地震預報已經取得了可喜的成績。1975年2月4日海城7.3級地震時［8］，中國做出了成功的預報，這是人類歷史上的第一次成功的地震預報。在其后又成功地預報了1976年5月29日云南龍陵7.3級地震和1976年8月16日、8月29日在四川松潘、平武之間發生的兩次7.2級地震。最近十幾年又有幾次較好的地震預報實例。成功的地震預報不但極大地減輕了人員傷亡，而且具有明顯的經濟效益和社會效益。這些震例說明地震是有前兆的，是可以預報、可以預防的［9］。

1997年，美國《科學》（Science）雜志上發表了一篇論文《地震不能預報》［12］，文章對地震預報的極端悲觀在地震學界激起了巨大的爭議，其通訊作者日本東京大學地球物理學家蓋勒（Geller）教授也立即成為了一個地震不能預報的代表性人物。

1999年，英國愛丁堡大學地質與地球物理系教授梅恩在英國《自然》（Nature）雜志的網站上發起了一場歷時兩個月的專題辯論［13］，探討單個地震的準確、可靠的預報是否是一個現實的科學目標。如果不是，我們在試圖達到地震發生過程的可預報性中還應該走多遠。各國學者發表了自己的看法，而蓋勒則陸續提交了多篇文章。這場辯論對后來很長時間的地震預報研究都產生了深遠的影響。

在《地震不能預報》一文中，蓋勒等人首先規范了地震預報的要求，即能夠明確給出地震的時間、地點和震級。他同時強調，地震預報必須非常可靠、精確，以減少因預報錯誤而造成的各方面的損失。在隨后的文章中，蓋勒將他所指的預報限定為對即將來臨的大地震的報警，也就是說，對地震風險的長期預報、或對余震可能性的統計性預報均不能分類為預報。

蓋勒等人提出一個重要觀點，即認為地球處在一種自組織臨界狀態，任何小地震都有可能發展成為一次大地震。實際上，關于地震是否能夠預報，在蓋勒等人的文章之前已經有了幾十年的爭論，而地球處于自組織臨界狀態在20世紀90年代之前便有人提出，并據此提出地震不可預報的觀點。

但是，對于地球到底是否處于自組織臨界狀態，地震學界的觀點并不統一。一些觀點認為［14］，地震活動的能量－頻度關系是地震活動的自組織臨界狀態中最重要的（從某種意義上說也許是唯一的）觀測證據。蓋勒在他的文章中提出，他的觀點所依靠的觀測事實，是除特大地震之外，所有地震都具有尺度不變性。而美國洛杉磯加州大學（UCLA）物理學和地球物理學教授諾波夫（Knopoff）則早就指出［14］，地震具有自組織、但不臨界性的特點，尤其是考慮到余震，地震的震級－頻度關系是具有特征尺度的，而不是像自組織臨界狀態所建議的具有尺度不變性。

有關學者認為，即使地震活動的自組織臨界狀態是成立的［14］，得出地震預報不可能的結論也顯得過于倉促和簡單化。因為地震的自組織臨界狀態的著眼點，并不是某一次地震、而是由很多地震構成的地震群體；地震的自組織臨界狀態的重點，也并不是闡明一個具體的地震動力學和運動學，而是試圖說明那些與具體的運動學和動力學關系很小的、帶有普遍性的規律。另外，中長期預報和短臨預報所對應的機制，或者在這兩個時間尺度上起決定性作用的地質－物理過程，幾乎是完全不同的。地震活動的自組織臨界狀態對應的是中長期的、大范圍的、大地震的情況，由地震的自組織臨界狀態模型無法直接得出短臨預報不可能的結論。

2 地震預警的發展現狀

地震預報和地震預警的區別在于：地震預報是對尚未發生、但有可能發生的地震事件事先發出通告；而地震預警是指突發性大震已發生、搶在嚴重災害尚未形成之前發出警告并采取措施的行動，也稱作“震時預警”。

當地震發生后，其能量會以兩種波的形式釋放出來［15］：一種是縱波，速度快但破壞能力小；另一種是橫波，其傳播速度較慢，但破壞力巨大，是造成災難的最主要原因。縱波傳播速度約為6km／s，橫波則大約為3.3km／s，根據震源位置的不同，橫波會延后一定時間到達地表。地震探測儀器在檢測到縱波后會立即傳給計算機，再計算出震級、烈度、震源、震中位置后，地震預警系統將搶先在橫波到達城市前通過電視和廣播發出警報。由于電磁波比地震波傳播得更快，預警甚至可能趕在縱波到達城市之前發出。考慮到城市離震中位置的差異，預警時間通常在幾秒到十幾秒之間不等，因此，這種預警又被稱為“10秒預警”。地震預警更像是一場和地震波的橫波“賽跑”，在地震的橫波尚未到達時，提醒人們做好防護準備。

在地震預警系統爭取來的這段時間內，人們可以通過停止高速列車、從電梯撤離、終止或保護關鍵儀器和設備、將人員撤離到安全地帶等措施，避免人員傷亡和財產損失。預警系統的原理決定了地震預警系統能夠提供的應急時間存在上限。美國一項針對地震預警系統的研究表明，系統對于不到一半的地震，能夠提供10s以上的預警時間；對于絕大多數地震，能夠提供的有效預警時間不超過30s。

2008年6月14日，日本東北部的巖手縣和宮城縣等地發生了7.2級地震。日本氣象廳在此次地震中，在部分區域實現了由電視等媒體發布的地震預警。這次地震僅造成7人死亡、200多人受傷。2011年3月11日發生在日本的9.0級大地震，數百萬日本人在地震波到達前大約1min得知了地震的消息，有效地減少了人員傷亡［16］。

在美國，地震預警系統也已在加利福尼亞州投入使用，加州南部著名度假旅游勝地棕櫚泉附近，預計有120個地點都安裝了這種預警系統，其目的就是監測地震以留給人們得以躲避和逃離的機會，使消防隊員有時間將救火設施移出房外。該系統可與其他設施相聯，地震一旦發生，消防站大門即可自動開啟，城市的水、汽閥門將自動關閉，醫院的自動發電器開始運轉，最主要的是，能夠使學校的孩子們迅速躲避。

地震預警系統由于整合度高，對地震臺站密度有要求且需要長期不間斷運作，其部署成本并不低廉，對當地可能有一個長期的經濟壓力。日本和臺灣地區均為整體設防，因為那里需要防御的總面積小。美國的地震預警系統主要也是針對舊金山周邊區域。這些防御區域經濟相對發達，高科技產業密集，人口密度大，長期預警的經濟社會價值可觀。中國大陸的地震帶分布十分廣泛，經濟發展不平衡。目前地震監測網絡主要集中在首都圈。中國西部地區建造地震預警系統的經濟動力不足，但西部地區卻是地震高發區，地震造成的災害也更大。

3 討論

近年來，世界范圍內發生的一系列大地震都沒有得到有效預報，使得人們對地震預報的前景產生懷疑。但地震是不是永遠不能預報，在科學上是一個沒有定論的問題。國際上對于地震預報盡管存在不同看法，但普遍承認地震長期預報還是有可行的辦法的，中期預報也有成功的例子，爭論的焦點是短（期）臨（震）預報。但我們不能因為地震預報難度很大，就放棄這方面的努力。如果我們不做地震預報研究，也就無法真正地認識地震，也就永遠預報不了地震。

我們不能把抗震設防與地震預報對立起來。提高震災防御能力既要靠抗震設防，也離不開地震預報。

地震預警系統已被實踐證明是一套有效的避震措施，將在未來的人類防災減災工作中發揮巨大作用，但地震預警并不能代替地震預報。進一步說，房屋的抗震能力、平時自救常識的普及都會對地震的后果造成影響。同時預警系統也會存在一定的缺陷，越是接近震中，能提供預警的時間就越短；離震中越遠，提供的預警時間越長，但意義也隨之削弱。另外，地震預警因為求“快”，對地震大小、震源等信息的判斷不一定完全準確。

（作者電子信箱，李啟成：731732866＠QQ.com）

［1］閆利軍.碩士研究生學位論文.華北地區地震活動性及地震預報方法的研究.北京：中國地震局地殼應力研究所，1999

［2］周波，邢佑宏.地震預報的幾種方法探討.科技信息，2010（35）：483－504

［3］林麗萍，王秀君，羅嵐.關注日本地震預報研究20年.國際地震動態，2003（7）：23－26

［4］尹祥礎.從第23屆IUGG大會看地震預報領域新進展.國際地震動態，2003（9）：27－28

［5］王海濤.地震預報是可以有所作為的——從兩個數學定理的求證談起.國際地震動態，2004（2）：14－18

［6］張國民，李志雄，楊林章.邢臺地震與我國地震預報的發展.華北地震科學，2006，24（2）：17－23

［7］徐道一.為什么說大地震是有可能預測的.科學對社會的影響，2008（2）：43－47

［8］李志永.驚心動魄的地震親歷記.國際地震動態，2005（2）：39－41

［9］許紹燮.震兆平靜的再認識.國際地震動態，2005（12）：14－18

［10］石益祥，李惠生.大地震預報世界性難題探源.中國科協防災減災論壇.http：∥d.g.wanfangdata.com.cn／Conference＿6865248.aspx

［11］張國民，鈕鳳林，召志剛.帕克菲爾德地震預報實驗場：2004年6級地震及其對地震物理和地震預測研究的影響.中國地震，2009，25（4）：345－355

［12］Geller R J，Jackson D D.Earthquakes cannot be predicted.Science，1997，275：1616

［13］http：∥wenwen.soso.com／z／q174738725.htm？sp＝4136

［14］bbs.news.163.com／bbs／tech06／133111840.html 2011－4－15

［15］楊馬陵，沈繁鑾，陳大慶，等.地震預測預警等級風險評估與分區分級發布方案的研究.災害學，2010，25（4）：1－4

［16］新浪網：2011年3月12日：http：∥www.sina.com.cn

Earthquake prediction and early warning

Li Qicheng
（Heilongjiang Institute of Science and Technology，Harbin 150027，China）

Based on a review of the history of earthquake prediction，the author believes that，although very difficult，successful earthquake prediction is not impossible.Earthquake early warning system has proved to be an effective means and will certainly play an important role in protecting against and mitigating earthquake disasters，but earthquake early warning can not take the place of earthquake prediction.

earthquake；earthquake prediction；early warning

P315.75；

A；

10.3969／j.issn.0235-4975.2012.01.005

2011-03-19；

2011-04-22。